Impact des interactions Fe-Cu sur le phytoplancton océanique – ICOP

La méthodologie générale consistera à réaliser des cultures de phytoplancton à différents degrés de limitation et co-limitation en Fe et Cu. Les différents paramètres analysés dans ces cultures seront utilisés dans deux modèles (biotique et abiotique), en complément des données sur les distributions océaniques des métaux traces en cours d'acquisition par le programme international GEOTRACES. Le couplage de ces deux modèles sera inclus dans le modèle global de biogéochimie océanique PISCES.

Les expériences de culture en laboratoire et les expériences de modélisation nous permettront in fine de considérer les dynamiques phytoplanctoniques et l’impact sur les cycles biogéochimiques majeurs à différentes échelles, de la cellule au global. Ces études, essentielles pour mieux comprendre le système climatique, sont reconnues par des programmes de recherche internationaux comme GEOTRACES, SOLAS, IMBER.

A venir.

A venir.

Le phytoplancton océanique joue un rôle clé dans les concentrations atmosphériques de gaz d’importance climatique comme le dioxyde de carbone (CO2) et le diméthylsulfure (DMS). Les diatomées sont des producteurs primaires océaniques majeurs et exportent d’énormes quantités de carbone organique et de silice biogénique vers les sédiments marins. Elles pourraient également jouer un rôle important dans la production de DMS.
Leur croissance est cependant limitée par un micronutriment, le fer (Fe), dans plus de 40% de l’océan. Fe influence ainsi la silicification des diatomées, et par conséquence la dégradation de la silice biogène et l’export de C. Cependant nous ne comprenons toujours pas comment Fe affecte le processus de silicification, et en particulier les interactions Si-C à l’échelle cellulaire, rendant très imprécises les prédictions de dégradation de BSi et d’export de C et Si.
L'impact du fer sur la composition élémentaire d’autres groupes phytoplanctoniques a également été largement négligé. Or le picophytoplancton est aussi limité en fer, et pourrait jouer un rôle important dans l’export de C.
D’autre part, la demande biologique en Fe pourrait être liée à celle du cuivre (Cu), via l’utilisation de protéines contenant du Cu à la place du Fe, et l’utilisation de Cu dans un système d’acquisition du Fe. Ainsi, Pseudonitzschia produisent de l’acide domoïque pour complexer organiquement Fe et Cu et assimiler ces deux micronutriments. Des ligands du Cu sont cependant aussi produits par Synechococcus, et ne sont pas assimilables par les eucaryotes, ce qui pourrait permettre d’entrer en compétition pour l’acquisition du Fe.
Fe et Cu semblent ainsi interagir pour influencer la production phytoplanctonique et la compétition entre diatomées et picophytoplancton. De fortes présomptions indiquent aussi que le Cu pourrait non seulement contrôler en partie l’intensité de l’impact de Fe, mais également directement la production primaire. Malgré cela, aucune étude n’existe sur le rôle combiné de Fe et Cu sur les cycles biogéochimiques.

Nous proposons ainsi:
- d’étudier l’impact du Fe et du Cu sur (i) les rapports élémentaires de Pseudonitzchia et Synechococcus, et du cycle du DMS dans des cultures de Pseudonitzschia, (ii) les processus de silicification chez Pseudonitzschia et leur impact sur la dégradation de la BSi,
- d’éudier comment Pseudonitzschia et Synechococcus interagissent quand Fe, Cu et Fe-Cu limitent leur croissance, notamment en terme de stratégie d’acquisition de Fe et Cu.
-d’évaluer l’importance des interactions Fe/Cu sur la biogéochimie océanique à l’échelle globale

Ces études reposent sur une expertise internationalement reconnue du LEMAR sur les cycles biogéochimiques de Fe et Si. Les jeunes chercheurs de ICOP pourront innover en (i) étudiant le cuivre et son impact sur le cycle biogéochimique du Fe et du DMS, (ii) étudiant les interactions Si-C chez les diatomées et leur impact sur la dégradation de la BSi et l’export de C. ICOP permettra également de (i) développer une recherche commune sur Fe, Cu Si, et les interactions phytoplanctoniques, (ii) collaborer avec d’autres Jeunes Chercheurs. D’autre part, l'implication d’étudiants participera à la formation de la nouvelle génération de Jeunes Chercheurs.
Ce projet, fortement interdisciplinaire, considère la dynamique du phytoplancton et son impact sur les cycles biogéochimiques de la cellule au global, par des approches expérimentales et modélisatrices complémentaires. Ces études, essentielles pour mieux comprendre le système climatique, sont reconnues par des programmes de recherche internationaux comme GEOTRACES, SOLAS, IMBER. Les résultats obtenus pendant ICOP seront présentés lors de conférences internationales et publiés dans des journaux scientifiques internationaux. Ils seront également vulgarisés lors de conférences grand public et via un site web.